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系統識別號 U0002-2408201113422800
中文論文名稱 應用基因演算法於無人飛行載具之系統識別與最佳化設計
英文論文名稱 System Identification and Optimization of Unmanned Aerial Vehicle by Genetic Algorithm
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 陳宣辰
研究生英文姓名 Hsuan-Chen Chen
學號 698430484
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2011-07-19
論文頁數 55頁
口試委員 指導教授-張永康
委員-陳步偉
委員-屠名正
中文關鍵字 無人飛行載具  基因演算法  系統識別 
英文關鍵字 Unmanned Aerial Vehicle  Genetic Algorithm  System Identification 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 無人飛行載具之結構系統識別問題為將有限元素分析模型之分析值與實際模型之測試值的誤差減為最小。本研究利用振動實驗儀器擷取無人飛行載具之訊號與數據,並匯入OR25與Star system模態分析軟體量測無人飛行載具之測試值,以及應用ANSYS有限元素分析軟體對無人飛行載具之電腦模型進行動態分析來取得分析值。本研究將系統識別問題轉換為最佳化問題,並利用基因演算法全域隨機搜尋之特性使得在求解過程中最佳解不至於落入區域最佳解之中。本研究利用增減節點的集中質量修正有限元素模型,並且將ANSYS中的APDL語法與FORTRAN程式結合成一系統程式,利用量測出來之測試值修正有限元素模型,使其之間的誤差減小以期達到良好的系統識別。
由數值分析範例之結果,證明了運用基因演算法於系統識別問題的確能夠有效的減少測試值與分析值之間的誤差,使得有限元素模型之特性更接近真實結構。修正後的有限元素模型更具有分析上之意義。
英文摘要 The objective of system identification is to correlate the finite element data and modal test data of the Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in this study. The modal test data and analysis data of UAV are obtained by vibration test experiment and ANSYS software respectively. Mathematically, the structural system identification problem is identical to optimum design problem. The objective function of system identification problem is to minimize the difference of analysis/test natural frequency. Therefore, the system identification problem can be solved by Genetic Algorithm. The advantage of Genetic Algorithm is that it can jump over the local optimum and obtain the global optimum. The grid lumped mass was used as design variable to modify the finite element model. A systematic process is developed by combining APDL of ANSYS and FORTRAN program.
Numerical examples will be demonstrated the ability of Genetic Algorithm to solve system identification problem. The characteristics of UAV finite element model are similar to test model after modification.
論文目次 中文摘要………………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………………………VI
表目錄……………………………………………………………………………VIII
第1章 緒論…………………………………………………………………………1
1.1 研究動機…………………………………………………………1
1.2 文獻回顧…………………………………………………………2
1.3 本文架構…………………………………………………………6
第2章 系統識別…………………………………………………………………7
2.1 數學模型之建立………………………………………………7
2.2 實際模型測試值之量測…………………………………8
第3章 基因演算法………………………………………………………………9
3.1 基礎理論……………………………………………………………9
3.2 實數型基因演算法…………………………………………10
第4章 數值分析
4.1範例一:T型板結構……………………………………………14
4.1.1子範例一(a) …………………………………………………15
4.1.2子範例一(b)……………………………………………………17
4.2範例二:無人飛行載具結構………………………………19
4.2.1子範例二(a)……………………………………………………20
4.2.2子範例二(b)……………………………………………………22
4.3 程式執行流程………………………………………………………24
第5章 結論………………………………………………………………………………25
參考文獻……………………………………………………………………………………26
簡易版論文………………………………………………………………………………48

圖目錄
圖一 硬體架構圖………………………...…………………………….30
圖二 振動實驗裝置流程圖…................................................................31
圖三 基因演算法流程圖……………………………...……………….32
圖四 ANSYS 之APDL語法結合FORTRAN 程式之程式流程圖……33
圖五 T 型板結構外型圖………………………….……………………34
圖六 測量T 型板結構自然振動頻率與模態之實驗裝置圖……….....34
圖七 將加速規黏貼於待測物量測點之裝置圖………………………35
圖八 T 型板結構於模態分析軟體之模擬圖...………………………..35
圖九 T 型板結構之第一模態測試圖….……………….………….…..36
圖十 T 型板結構之第二模態測試圖….……………...……………….36
圖十一 T 型板結構務於ANSYS 中建立之模型圖…………...………37
圖十二 T 型板之第一模態分析圖……………………..……………...37
圖十三 T 型板之第二模態分析圖……………………….……………38
圖十四 無人飛行載具結構外型圖……………………………...…….38
圖十五 測量無人飛行載具自然振動頻率與模態之實驗裝置圖....... 39
圖十六 加速規黏貼於待測物量測點之裝置圖....................................39
圖十七 無人飛行載具於模態分析軟體中之模擬圖……………..…..40
圖十八 無人飛行載具之第一模態測試圖……………………………40
圖十九 無人飛行載具之第二模態測試圖………………....…………41
圖二十 無人飛行載具結構於ANSYS 中建立之模型圖……………..41
圖二十一 無人飛行載具之第一模態分析圖………………………....41
圖二十二 無人飛行載具之第二模態分析圖…………………………42

表目錄
表一 T 型板第一模態之自然振動頻率系統識別……………...……..43
表二 T 型板實際質量與有限元素模型質量之比較………………….44
表三 T 型板第一及第二模態之自然振動頻率系統識別….....………43
表四 T 型板實際質量與有限元素模型質量之比較………….………44
表五 玻璃纖維材料係數表....................................................................45
表六 巴爾莎木材料係數表………………………………...…….……45
表七 碳纖維材料係數表….………………………………………...…45
表八 無人飛行載具第一模態之自然振動頻率系統識別…………....46
表九 無人飛行載具實際質量與有限元素模型質量之比較..………..46
表十 無人飛行載具第一及第二模態之自然振動頻率系統識別….47
表十一 無人飛行載具實際質量與有限元素模型質量之比較…....…47
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科技大學營建工程研究所碩士論文。
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